interfaz de control de medidas para maquina de …
TRANSCRIPT
INFORME FINAL DE TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-27
INTERFAZ DE CONTROL DE MEDIDAS PARA
MAQUINA DE ESTIRADO DE CALCETINES POR
MEDIO DE LABVIEW
SERGIO ANDRES RIOS PABON
Programa Académico
INGENIERIA MECATRONICA
Director(es) del trabajo de grado
Daniel Sanin Villa
INSTITUTO TECNOLÓGICO METROPOLITANO
2019
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
RESUMEN
Para la industria textil la medición de los productos es algo muy importante, ya que se debe
asegurar que estos cumplan las normas de calidad antes de salir al mercado, por lo tanto se
realiza un proyecto para la captura de medidas de calcetines por medio del software
LabVIEW, una maquina llamada MEC la cual es utilizada como herramienta de medición de
anchos de calcetines y un sensor de distancia el cual nos permite capturar la medida
entregada por la máquina, con el fin de reducir operatividad y mejorar la confiabilidad de
estas medidas.
Palabras clave: LabVIEW, MEC, medición, calcetines.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
RECONOCIMIENTOS
Agradecimientos principalmente a Camilo Gomez colega que participo y ayudo a la
realización de este proyecto además que me brindo ayuda y enseñanza con LabVIEW,
También agradezco a la universidad ITM la cual me ha dotado de conocimientos, servicios
de software y herramientas para poder lograr el objetivo de crear este proyecto.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
ACRÓNIMOS
MEC Máquina de estirado calcetines
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
TABLA DE CONTENIDO
1. INTRODUCCIÓN ..................................................................................................7
2. OBJETIVOS ..........................................................................................................8
OBJETIVO GENERAL ...................................................................................................... 8
OBJETIVOS ESPECIFICOS ............................................................................................... 8
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .....................................................................9
4. MARCO TEORICO ..............................................................................................10
LABVIEW ..................................................................................................................... 10
MICROCONTROLADOR ................................................................................................ 10
ARDUINO UNO ............................................................................................................ 10
SENSORES DE DISTANCIA ................................................................................. 11
5. METODOLOGÍA .................................................................................................13
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN ...............................................................................18
7. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y TRABAJO FUTURO ...........................20
CONCLUSION............................................................................................................... 20
TRABAJO FUTURO ....................................................................................................... 20
REFERENCIAS ...........................................................................................................21
APÉNDICE .................................................................................................................22
ANEXOS ....................................................................................................................27
ANEXO 1: ..................................................................................................................... 27
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
LISTA DE GRAFICOS
Imagen 1. MEC. 13
Imagen 2. MEC en reposo. 13
Imagen 3. MEC calcetin a medir. 13
Imagen 4. MEC ancho de calcetin. 14
Imagen 5. Ingreso a interfaz de usuario. 15
Imagen 6. Registro de datos en interfaz. 16
Imagen 7. Seccion de sensor. 16
Imagen 8. Ultrasonico. 17
Imagen 9. laser. 17
Imagen 10. Infrarrojo. 17
Imagen 11. Comparacion de procesos. 18
Imagen 12. Tabla en excel de un registro. 18
Imagen 13. Tabla estimacion del valor total del proyecto. 20
Imagen 14. Logueo LabVIEW. 22
Imagen 15. Interfaz logueo. 22
Imagen 16. Referencia calcetin LabVIEW. 23
Imagen 17. Interfaz ingreso muestra. 23
Imagen 18. Sensor labVIEW. 24
Imagen 19. Comparacion ingresado con real. 24
Imagen 20. Interfaz comparacion. 25
Imagen 21. Interfaz sensor. 25
Imagen 22. lectura del sensor. 26
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
1. INTRODUCCIÓN
CRYSTAL S.A.S es una empresa dedicada a la construcción y comercialización de marcas en
Latinoamérica, con más de 50 años de experiencia y tradición. Producen y comercializan
Gef, Punto Blanco, Baby Fresh, Galax y Casino, sus procesos productivos están integrados
desde el desarrollo de la materia prima, hasta convertirlos en productos de moda, llevados
al punto de venta.
Para CRYSTAL S.A.S la buena calidad de sus productos es algo fundamental por eso siempre
se está buscando mejoras en las herramientas y máquinas de medición que permitan
eliminar al máximo la salida al mercado de productos que no cumplan con las
especificaciones adecuadas.
Para la medición de calcetines se tiene una maquina llamada MEC (Máquina de estirado
calcetines) la cual está encargada específicamente en la medición de anchos de calcetines
por medio de un proceso mecánico, el cual no es muy preciso a la hora de analizar la toma
acertada de estas medidas, ya que el proceso va muy relacionado con el buen
procedimiento que realice el operario.
Es por esto por lo que se decide crear una interfaz gráfica para monitorear este proceso,
además de llevar un registro total de todas las medidas que se realicen en esta máquina,
para así poder llevar un mejor control de la calidad de estos productos.
También se implementa el uso de un sensor de distancia el cual se encargue de llevar los
datos de medidas a la interfaz, evitando así operatividad y posibles errores humanos en esta
toma de información.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
2. OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Mejorar una máquina de medición de anchos utilizada en CRYSTAL S.A.S para la toma de
medidas de calcetines creando una interfaz de usuario. Además, implementar un sensor
electrónico disminuyendo el error humano en la obtención e ingreso de datos.
OBJETIVOS ESPECIFICOS
Crear una interfaz gráfica para digitalización de datos por medio del software
LabVIEW.
Implementar sensor digital de distancia que entregue medidas con un porcentaje de
error mínimo.
Programar un Arduino que permita la comunicación entre sensor de medición y
LabVIEW.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
Para las empresas textiles es muy importante la calidad de los productos por esta razón
siempre se busca mejorar todas las herramientas que permitan tener un mejor control de
calidad, para este proyecto se pide realizar una mejora en la MEC la cual permita por medio
de un software capturar los datos de medida que se realizan en esta y a partir de estos datos
poder entrar a comparar con la medida que debe tener el calcetín, para luego mostrar un
mensaje al operario indicando en qué estado está el calcetín y cuales medidas se deben
corregir.
Además de esto, se pide que las medidas no sean digitalizadas por el operario, sino que sea
un sensor de distancia el que transmita la información, para así evitar operatividad y error
humano.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
4. MARCO TEORICO
A continuación, se presentan los conceptos y elementos teóricos necesarios para la
realización y ejecución de la interfaz gráfica, digitalización de datos y control de medidas de
la MEC.
LABVIEW
LabVIEW es un software de ingeniería de sistemas que requiere pruebas, medidas y control
con acceso rápido a hardware e información de datos.
LabVIEW ofrece un enfoque de programación gráfica que le ayuda a visualizar cada aspecto
de su aplicación, incluyendo configuración de hardware, datos de medidas y depuración.
Esta visualización hace que sea más fácil integrar hardware de medidas de cualquier
proveedor, representar una lógica compleja en el diagrama, desarrollar algoritmos de
análisis de datos y diseñar interfaces de usuario personalizadas. (www.ni.com)
MICROCONTROLADOR
El Microcontrolador es un circuito integrado que es el componente principal de una aplicación
embebida. Es como una pequeña computadora que incluye sistemas para controlar elementos de
entrada/salida. También incluye a un procesador y por supuesto memoria que puede guardar el
programa y sus variables (flash y RAM). Funciona como una mini PC. Su función es la de automatizar
procesos y procesar información.
El microcontrolador se aplica en toda clase de inventos y productos donde se requiere seguir un
proceso automático dependiendo de las condiciones de distintas entradas. (Marmolejo, R. 2016)
ARDUINO UNO
El Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son
circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes con el
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE. Estas
instrucciones permiten crear programas que interactúan con los circuitos de la placa.
El microcontrolador de Arduino posee lo que se llama una interfaz de entrada, que es una
conexión en la que podemos conectar en la placa diferentes tipos de periféricos. La
información de estos periféricos que conectes se trasladará al microcontrolador, el cual se
encargará de procesar los datos que le lleguen a través de ellos.
El tipo de periféricos que puedas utilizar para enviar datos al microcontrolador depende en
gran medida de qué uso le estés pensando dar. Pueden ser cámaras para obtener imágenes,
teclados para introducir datos, o diferentes tipos de sensores.
También cuenta con una interfaz de salida, que es la que se encarga de llevar la información
que se ha procesado en el Arduino a otros periféricos. Estos periféricos pueden ser pantallas
o altavoces en los que reproducir los datos procesados, pero también pueden ser otras
placas o controladores. (Yúbal FM, 21 julio 2018)
SENSORES DE DISTANCIA
Los sensores de distancia y transductores de distancia están pensados para realizar la
medida de distancia o desplazamiento lineal, de una forma automatizada, ya que
proporcionan una señal eléctrica según la variación física, en este caso la variación física es
la distancia.
Algunos de los sensores más utilizados son los ultrasónicos, laser de posición y infrarrojo
IR.
Los sensores ultrasónicos miden la distancia mediante el uso de ondas
ultrasónicas. El cabezal emite una onda ultrasónica y recibe la onda reflejada que
retorna desde el objeto. Los sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto
contando el tiempo entre la emisión y la recepción. (www.keyence.com.mx, 2016)
Los sensores laser de posición, funcionan de tal forma que uno de sus des lentes
en este caso el emisor emite un rayo laser hacia un objeto, esta luz es reflejada y
recibida por el otro lente el receptor, la distancia se mide en base al tiempo que el
rayo láser emitido tarda en volver al sensor.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Un sensor infrarrojo es capaz de medir la distancia entre él y un objeto, para esto
el sensor con la ayuda de un emisor infrarrojo y un receptor miden la distancia
usando triangulación, El método de triangulación consiste en medir uno de los
ángulos que forma el triángulo emisor-objeto-receptor, el Receptor es un PSD
(Position Sensitive Detector) que detecta el punto de incidencia el cual depende
del ángulo y a su vez de la distancia del objeto. (www.naylampmechatronics.com)
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
5. METODOLOGÍA
La MEC es la maquina utilizada para la medición de anchos en CRYSTAL S.A.S, en la cual está
basada el proyecto.
Ilustración 1: MEC
Para la medición de los anchos, el calcetín se coloca de la siguiente forma:
Ilustración 2: MEC en reposo Ilustración 3: MEC calcetín a medir
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Luego se deja caer el peso, accionando la palanca, y se toman los datos de medida en la
posición final.
Ilustración 4: MEC ancho de calcetín
Todo este proceso se lleva manual y se ingresan los datos en una planilla de calidad, por lo
tanto, se decide crear una interfaz grafica para llevar los datos de una manejar mas
confiable y poder realizar controles de calidad y monitoreo del proceso de una manera más
rápida y eficaz.
La interfaz gráfica se realiza por medio del software LabVIEW, la cual queda de la siguiente
manera:
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Al iniciar el programa el usuario debe ingresar su número de carné
Ilustración 5: Ingreso a interfaz de usuario
Si el número no se encuentra en la base de datos saldrá un error de inicio, de lo contrario
accederá a la siguiente pantalla:
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Ilustración 6: Registro de datos en Interfaz
El usuario deberá ingresar número de muestra y numero de fabricación para que el
programa arroje los datos a ingresar además saldrá una imagen de observación indicándole
al usuario como se deben tomar las medidas de cada parte del calcetín, luego de ingresar
los datos se presiona el botón registrar y automáticamente saldrá un vector de estado
(semáforo) indicando que medidas están buenas y cuales se deben verificar y hacerle el
debido procedimiento para que puedan ser aceptadas tomando en cuenta que cada valor
de medida puede tener un margen de error dependiendo el tipo de calcetín.
Además, la interfaz tiene una parte en la cual esta mostrando la señal del sensor que se
debe ingresar siempre que se vaya a medir un ancho.
Ilustración 7: Sección de sensor
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Actualmente en este periodo de prueba se están utilizando 3 sensores de distancia
diferentes, Ultrasónico HC-SR04, laser VL53L0XV2, infrarrojo GP2Y0A21YK0F. En el Anexo 1 se
adjunta la información técnica de los mismos.
Ilustración 10: Sensor de distancia Infrarrojo
El sensor ultrasónico es el que probablemente entregue un margen de error mas alto ya
que es el más económico y con un grado de robustez electrónica menor en comparación
con los otros 2, el sensor laser, aunque es el que mejor especificación técnica ofrece entrega
sus datos por comunicación I2C, lo que es un problema a la hora de realizar su programación
he instalación ya que no solo se tendría que generar la comunicación entre el sensor y el
Arduino sino que además se tendrían que tomar los valores desde LabVIEW, lo cual puede
llevar un tiempo de desarrollo muchísimo mayor en comparación con el ultrasónico y el
infrarrojo, El sensor infrarrojo posiblemente es el que mejor se adapte a nuestro proyecto
ya que sus especificaciones técnicas son adecuadas, tiene un costo económico bajo y su
Ilustración 8: Sensor de distancia Ultrasónico Ilustración 9: Sensor de distancia Laser
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
lectura de datos es análoga la cual es fácil de capturar y tendría un tiempo de desarrollo
corto.
6. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El sensor que se decidió utilizar fue el sensor infrarrojo SHARP GP2Y0A21YK0F, este fue el
que entrego un margen de error menor con una precisión de más o menos 2mm, además
para mejorar la precisión del sensor se implementó por software la captura de 50 datos y
obtener la moda dando como resultado de medida final esta, como se está leyendo la
información del sensor cada 150 milisegundos generar 50 valores antes de entregar la
medida final, no conlleva un tiempo largo a la hora de capturar esta medidas.
En comparación con el proceso que se tenía anteriormente y el que se realizara después de
la implementación de este proyecto se genera la siguiente tabla
Ilustración 11: Comparación de procesos
Donde se puede observar que los resultados son muy satisfactorios, más que todo a la hora
de hacerle control a estos procesos ya que cada registro queda guardado en la base de datos
y se puede consultar en cualquier momento.
Se logra entonces digitalizar los datos y llevar un histórico de todos los procesos de medición
que se llevan a cabo en la MEC, pudiendo así tener un mejor control de la calidad de los
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
productos además de poder realizar un análisis mucho más rápido y eficaz sobre el estado
de los calcetines.
Además, por medio de la interfaz se puede descargar en tablas de Excel el registro que se
desee revisar
Ilustración 12: Ejemplo de tabla en Excel de un registro
Donde se pueden obtener los datos de la fecha y hora exacta en la que se realizo el registro,
numero de carné de la persona que lo realizo, la muestra y numero de fabricación para
conocer exactamente a cuál calcetín se le realizo el control, la medida exacta de cada parte
del calcetín y la medida que se le ingreso y dependiendo la medida ingresada y el margen
de error que cada una lleva mostrara el estado de este registro y si este fue aprobado para
continuar con el proceso de fabricación o no.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
7. CONCLUSIONES, RECOMENDACIONES Y
TRABAJO FUTURO
CONCLUSION
Se mejoro una máquina de medición de anchos utilizada en CRYSTAL S.A.S para la toma de
medidas de calcetines creando una interfaz de usuario para la digitalización de datos por
medio del software LabVIEW. Además, se logró implementar un sensor digital de distancia
que entrega medidas con un porcentaje de error mínimo disminuyendo el error humano en
la obtención e ingreso de datos, además se realizó la Programación de un Arduino que
permitió la comunicación entre sensor de medición y LabVIEW.
TRABAJO FUTURO
Implementar el proyecto en el resto de MECs que tiene la compañía, que son
aproximadamente 30 máquinas para poder hacerle monitoreo y control de calidad de los
calcetines a toda la planta de tejido.
Una estimación respecto al valor económico que tendría el montaje sobre todas las
maquinas seria de un valor de: $ 17’940.000.
Los datos del total son reflejados en la siguiente tabla de estimación de valores:
Ilustración 13: Tabla estimación de valor total del proyecto.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
REFERENCIAS
Valle, J. (s.f) Impacto de la digitalización en la industria.
Recuperado de: https://fierrosindustrial.com/noticias/impacto-la-digitalizacion-en-
la-industria-manufacturera/
www.ni.com (s.f) ¿Qué es LabVIEW? Recuperado de: http://www.ni.com/es-
co/shop/labview.html
Marmolejo, R. (2016) Microcontrolador- qué es y para qué sirve. Recuperado de:
https://hetpro-store.com/TUTORIALES/microcontrolador/
Yúbal, FM. (21 Julio 2018) Que es Arduino, como funciona y que puedes hacer.
Recuperado de: https://www.xataka.com/basics/que-arduino-como-funciona-que-
puedes-hacer-uno
www.keyence.com.mx (s.f) ¿Qué es un sensor ultrasónico? Recuperado de:
https://www.keyence.com.mx/ss/products/sensor/sensorbasics/ultrasonic/info/in
dex.jsp
www.naylampmechatronics.com (2016) Sensor de Distancia SHARP. Recuperado de:
https://naylampmechatronics.com/blog/55_tutorial-sensor-de-distancia-
sharp.html
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
APÉNDICE
El código de programación de LabVIEW suele ser muy extenso porque es un entorno de
programación grafico por lo tanto se mostrarán las partes del código más esenciales, este
no es un curso de labVIEW por lo tanto no se entrara en especificaciones del codigo solo se
mostraran lar partes del codigo fundamentales para llegar a la creacion del programa.
Para la creacion del logueo:
Se compara la entrada de carné con la base de datos de usuario, si el carné se encuentra en
la base de datos, permitirá el ingreso al resto del programa por lo tanto si no se encuentra
saldrá un mensaje de error al ingresar.
Ilustración 14: Logueo LabVIEW Ilustración 15: Interfaz logueo
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Una vez realizado el logueo, el código pide el ingreso de la MUESTRA que es la referencia
del calcetín a la cual se le va a realizar el control de medida, en esta parte del código se
buscan en la base de datos el tipo de muestra y se arroja en la interfaz las partes del calcetín
que deben ser revisadas
Ilustración16: referencia calcetín LabVIEW
Ilustración 17: Interfaz ingreso muestra
Se puede observar que cuando se ingresa el número de muestra automáticamente la
interfaz arroja las partes que se deben medir, estas traídas de la base de datos.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Los datos que se deben ingresar a partir del sensor se guaran en un array llamado
INGRESADO, el cual es el que se entrara a comparar con los datos reales del calcetín
Ilustración 18: Sensor LabVIEW
En esta parte se realiza la comparación de lo ingresado con lo correcto, y en la salida se obtiene el
estado, lo que permitirá al operario darse cuenta de cuales medidas se deben corregir
Ilustración 19: Comparación Ingresado con Real
Al presionar el botón ingresar se realiza la comparación, y se puede observar el array de
ESTADO.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Ilustración 20: Interfaz comparación
La otra parte importante del programa es la toma de datos del sensor
Ilustración 21: Interfaz sensor
Para esta parte se utiliza una librería de LabVIEW para Arduino llamada LINX , la cual
permite la comunicación entre LabVIEW y Arduino y tiene muchas opciones entre esas las
lecturas de diferentes sensores, para el sensor utilizamos la opción que tiene esta librería
y utilizamos el siguiente código
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Ilustración 22: lectura del sensor
Estas partes del código son las más fundamentales para realizar el proyecto.
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
ANEXOS
ANEXO 1:
Información técnica de los sensores.
Sensor infrarrojo SHARP GP2Y0A21YK0F:
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Sensor laser VL53L0X:
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
Sensor ultrasónico HC - SR04:
INFORME FINAL DE
TRABAJO DE GRADO
Código FDE 089
Versión 03
Fecha 2019-01-22
FIRMA CONSEJO DE FACULTAD_____________________________________
ACTA NO._____________
FECHA ENTREGA: _____________